【正文】 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書第 0 頁 共 103 頁鋁廠陽極組裝工藝 PLC 控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計目 錄摘 要 .....................................................................1ABSTRACT..................................................................2第一章 設(shè)計任務(wù)、設(shè)計要求及設(shè)計參數(shù) .....................................1 設(shè)計任務(wù) ...........................................................1 設(shè)計要求及設(shè)計參數(shù) ..................................................1 設(shè)計要求 ......................................................1 設(shè)計參數(shù) .......................................................1第二章 系統(tǒng)方案設(shè)計 .......................................................3 設(shè)計依據(jù) ............................................................3 各部分功能分述 .....................................................3 陽極小車上料過程： ............................................4 夾具動作過程： .................................................4 陽極小車下料過程： .............................................5 翻轉(zhuǎn)裝置 .......................................................5 控制方案的比較、論證和確定 ..........................................6 方案的比較 .....................................................6 方案論證及確定 .................................................9第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 ....................................................10 設(shè)計依據(jù) ...........................................................10 主電路設(shè)計 ........................................................10 導(dǎo)線、電纜及元器件選型 .............................................13 導(dǎo)線和電纜 ...................................................13 斷路器 ........................................................14 熔斷器 ........................................................19 低壓隔離器 ...................................................22 接觸器 ........................................................23 繼電器 .......................................................27 接近開關(guān) ......................................................32 電動機 ........................................................33蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書第 1 頁 共 103 頁 電流表和電流互感器 ............................................34 24V 直流電源 ...................................................34 油加熱器 ......................................................34 光電傳感器 ....................................................34 控制按鈕、信號燈 .............................................35 變頻器設(shè)計 .........................................................36 概述 ..........................................................36 變頻器分類 ....................................................36 變頻器的組成、工作原理及控制方式 .............................37 變頻器選擇 ....................................................39 系統(tǒng)控制電路設(shè)計 ...................................................42 設(shè)計依據(jù) ......................................................42 S7300 系列 PLC 組成 ............................................43 S7300PLC 特點 .................................................44 模塊選擇 ......................................................44 硬件地址配置 ..................................................52第四章 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 .................................................53 軟件設(shè)計分析 .......................................................53 STEP7 概述 ......................................................53 STEP7 使用步驟 ..................................................53 STEP 7 的編程功能 ...............................................55 系統(tǒng)流程圖 .........................................................57 I/O 地址分配表： ...................................................61 系統(tǒng)程序梯形圖 .....................................................64總 結(jié) ....................................................................77參考文獻(xiàn) .................................................................78英文翻譯原文 ............................................................79 英文翻譯譯文 .............................................................90致 謝 ...................................................................98 附 錄 1...................................................................99附 錄 2..................................................................100附 錄 3..................................................................101附 錄 4..................................................................102附 錄 5..................................................................103蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書第 0 頁 共 103 頁第一章 設(shè)計任務(wù)、設(shè)計要求及設(shè)計參數(shù) 設(shè)計任務(wù)本次設(shè)計為功能設(shè)計，取材于青海鋁廠陽極組裝工程實例，根據(jù)新型鋁廠電解鋁的陽極組裝工藝要求，完成陽極組裝工藝中托盤小車、軌道電機及夾具動作控制系統(tǒng)的電氣主電路、PLC 控制電路設(shè)計和控制程序設(shè)計。自動控制系統(tǒng)由可編程控制器（PLC）控制柜、軌道電機操作臺、陽極小車等控制系統(tǒng)組成。要求進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)備及元器件選型、各類導(dǎo)線的選擇及布線設(shè)計。系統(tǒng)以 PLC 為核心，配以合理的低壓電氣、先進(jìn)的檢測元件、控制電動機，液壓閥等機構(gòu)協(xié)調(diào)動作，實現(xiàn)陽極組裝工藝過程的自動化控制。 設(shè)計要求及設(shè)計參數(shù) 設(shè)計要求小車運行控制（1）包括小車的前進(jìn)和后退及制動控制，夾具的上升和下降、夾具的翻轉(zhuǎn)和復(fù)位 控制等；（2）PLC 對變頻器的起停，調(diào)速和制動使能控制。軌道電機控制（1）完成 10 個電機起、停信號的檢測、實現(xiàn)電機的自由起、停；（2）完成小車和軌道電機各種信號的互鎖和監(jiān)控；（3）根據(jù)軌道的運載情況，決定電機的起停、故障和過載保護(hù)控制。本設(shè)計是要實現(xiàn)對陽極組裝工藝過程的自動控制，是一套實際生產(chǎn)設(shè)備，設(shè)計要依據(jù)工藝要求，按照以下原則設(shè)計：：選用目前先進(jìn)的控制設(shè)備、儀器儀表、檢測元件、低壓電器，保證系 統(tǒng)的先進(jìn)性。：操作臺面板應(yīng)具有各電機運行狀態(tài)指示、電動機電流指示、電動機過 統(tǒng)的先進(jìn)性。：PLC 設(shè)計時，應(yīng)留有一定余量的輸入/輸出點數(shù)和擴展槽。：硬件圖形要合理、正確、標(biāo)準(zhǔn)，具有實用價值；程序設(shè)計要先進(jìn)、合 理，具有可讀性和可維護(hù)性。 設(shè)計參數(shù)（1）油泵電機 15kW、油加熱器 2kW、皮帶運輸機 、軌道電機功率 、蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書第 1 頁 共 103 頁小車移動電機 、制動電機 。（2）系統(tǒng)具有電機過載、過流保護(hù)、油溫高保護(hù)及短路保護(hù)等必要的保護(hù)環(huán)節(jié)。（3）系統(tǒng)具有手動/自動工作方式。蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書第 2 頁 共 103 頁第二章 系統(tǒng)方案設(shè)計 設(shè)計依據(jù)鋁錠陽極組裝工藝是電解鋁行業(yè)中不可缺少的一種作業(yè)方式，其作業(yè)的勞動強度不大，但因該工藝主要任務(wù)是利用熔化的磷生鐵完成合格焙燒陽極塊與鋼導(dǎo)桿組裝成電解所需的陽極，所以常常要在高溫環(huán)境下工作。在傳統(tǒng)的陽極組裝工藝作業(yè)中，最常見的作業(yè)流程為：澆鑄→輸送→脫?！鋮s提升→翻轉(zhuǎn) →整齊→夾持→提升→換向。這種作業(yè)方式工作流程長。早期陽極組裝工藝電氣控制系統(tǒng)多為繼電器、接觸器組成的復(fù)雜系統(tǒng)，這種系統(tǒng)存在設(shè)計周期長、體積大、成本高等缺陷，幾乎無數(shù)據(jù)處理和通信功能，必須有專人負(fù)責(zé)操作。而將 PLC 應(yīng)用到陽極組裝工藝的控制系統(tǒng)后，不僅實現(xiàn)了陽極小車的自動化控制，降低了系統(tǒng)的運行費用，而且采用 PLC 控制系統(tǒng)具有連線簡單，控制速度快，精度高，可靠性和可維護(hù)性好，安裝、維修和改造方便等優(yōu)點。本系統(tǒng)設(shè)計包括：托盤小車的控制和軌道電機的控制兩部分，其中托盤小車的結(jié)構(gòu)分為夾具和小車電機，夾具負(fù)責(zé)夾住和釋放托盤，由液壓驅(qū)動，而小車電機則負(fù)責(zé)將托盤運送到對面的軌道上，然后再次返回，作往返運動，為使小車在運動過程中不致使托盤滑落，平穩(wěn)運行，小車的控制需要調(diào)速和制動。軌道電機共 10 臺，分別驅(qū)動10 條軌道，由該 10 條軌道托運托盤。通過機械手夾具來實現(xiàn)托盤從 5軌道向 6軌道的運動，其動作分為夾具夾緊、夾具放松，夾具上升、夾具下降，夾具翻轉(zhuǎn)、夾具復(fù)位和前進(jìn)、后退。同時通過變頻器可實現(xiàn)對小車移動電機的啟動、變頻調(diào)速、正反轉(zhuǎn)等的控制。對于軌道電機的控制，每條軌道上都安裝由一個位置（光電）傳感器，可